Один из широко известных и универсальных способов металлообработки — нарезание резьбы на токарном станке. Этот технологический процесс выполняется с помощью специальных токарных инструментов:
- резцов;
- плашек;
- метчиков;
- резьбонарезных головок.
Качество резьбы влияет на надежность соединения различных элементов. Нарезание резьбы — работа, требующая точности, квалификации и опыта.
Типы и свойства резцов
Классификация
На практике применяются резцы для наружной и внутренней резьбы с державкой прямоугольного сечения. Реже встречаются дисковые, призматические, затачиваемые по передней поверхности. Рабочий профиль у всех соответствует размерам винтовой канавки. По направлению нарезаемой спирали выпускают левые и правые.
Различают цельные и сборные инструменты. Первые, преимущественно изготовлены из быстрорежущей стали, небольшого сечения или дисковые. Основная масса оснащается режущими пластинами, закреплёнными пайкой тугоплавким припоем или механическим способом, допускающим замену при износе.
Резцы резьбовые: наружный (черт. 1), внутренний (черт. 2)
Нарезание резьбы резцами
На токарно-винторезных станках наиболее широко применяют метод нарезания наружной и внутренней резьб резцами (рис. 4.45). Резьбонарезные резцы бывают стержневые, призматические и круглые; их геометрические параметры не отличаются от геометрических параметров фасонных резцов.Резьбы треугольного профиля нарезают резцами с углом в плане при вершине ε= 60° ± 10′ для метрической резьбы и ε= 55° ± 10′ для дюймовой резьбы. Учитывая погрешности перемещения суппорта, которые могут привести к увеличению угла резьбы, иногда применяют резцы с углом ε = 59°30′. Вершина резца может быть скругленной или с фаской (в соответствии с формой впадины нарезаемой резьбы).
Резьбонарезные резцы оснащают пластинами из быстрорежущей стали и твердых сплавов. Предварительно деталь обтачивают таким образом, чтобы ее наружный диаметр был меньше наружного диаметра нарезаемой резьбы. Для метрической резьбы диаметром до 30 мм эта разница ориентировочно составляет 0,14… 0,28 мм, диаметром до 48 мм — 0,17…0,34 мм, диаметром до 80 мм — 0,2…0,4 мм. Уменьшение диаметра заготовки обусловлено тем, что при нарезании резьбы материал заготовки деформируется и в результате этого наружный диаметр резьбы увеличивается.
Нарезание резьбы в отверстии производят или сразу после сверления (если к точности резьбы не предъявляют высоких требований), или после его растачивания (для точных резьб). Диаметр отверстия (мм) под резьбу
d0 = d-P,
где d — наружный диаметр резьбы, мм; Р — шаг резьбы, мм.
Диаметр отверстия под резьбу должен быть несколько больше внутреннего диаметра резьбы, так как в процессе нарезания резьбы металл деформируется и в результате этого диаметр отверстия уменьшается. Поэтому результат, полученный по приведенной выше формуле, увеличивают на 0,2…0,4 мм при нарезании резьбы в вязких материалах (стали, латуни и др.) и на 0,1…0,02 мм при нарезании резьбы в хрупких материалах (чугуне, бронзе и др.).
В зависимости от требований чертежа резьба может заканчиваться канавкой для выхода резца. Внутренний диаметр канавки должен быть на 0,1 …0,3 мм меньше внутреннего диаметра резьбы, а ширина канавки (мм)
b=(2…3)P.
В процессе нарезания болтов, шпилек и некоторых других деталей при отводе резца, как правило, образуется сбег резьбы.
Для более удобного и точного нарезания резьбы на торце обрабатываемой детали выполняют уступ длиной 2…3 мм, диаметр которого равен внутреннему диаметру резьбы. По этому уступу определяют последний проход резца, после окончания нарезания резьбы уступ срезают.
Точность резьбы во многом зависит от правильной установки резца относительно линии центров. Для того чтобы установить резец по биссектрисе угла профиля резьбы перпендикулярно к оси обрабатываемой детали, используют шаблон, который устанавливают на ранее обработанной поверхности детали вдоль линии центров станка. Профиль резца совмещают с профилем шаблона и проверяют правильность установки резца по просвету. Резьбонарезные резцы следует устанавливать строго по линии центров станка.
На токарно-винторезных станках резьбу нарезают резцами за несколько проходов. После каждого прохода резец отводят в исходное положение. По нониусу ходового винта поперечного движения подачи суппорта устанавливают требуемую глубину резания и повторяют проход. При нарезании резьбы с шагом до 2 мм подача составляет 0,05…0,2 мм на один проход. Если резьбу нарезать одновременно двумя режущими кромками, то образующаяся при этом стружка спутывается и ухудшает качество поверхности резьбы. Поэтому перед рабочим проходом резец следует смещать на 0,1…0,15 мм поочередно вправо или влево, используя перемещение верхнего суппорта, в результате чего обработка ведется только одной режущей кромкой. Число черновых проходов — 3…6, а чистовых — 3.
Материалы
Для изготовления режущей части служат:
- быстрорежущие стали;
- твёрдые сплавы;
- минералокерамика;
- сверхтвердые инструментальные материалы (СТМ).
Первые применяются для резьбонарезания сталей, сплавов цветных металлов, пластиков. Отличаются высокой прочностью, теплопроводностью, но пониженной, по сравнению с остальными, твердостью, красностойкостью, износостойкостью, ограничивающими скорость резания.
Наибольшую долю применяемых резьбовых резцов составляют оснащенные твёрдосплавными пластинами. Обусловлено это высокой стойкостью, твердостью, достаточной прочностью и жесткостью, приемлемой стоимостью. Производительность обработки выше, чем рапидом, в 2-3 раза. Широкая номенклатура позволяет подобрать оптимальную марку для обработки в большинстве случаев. Керамика относительно дешевая, довольно хрупкая, используется для обработки резьбы мелкого шага стальных и чугунных деталей, при жесткой системе СПИД, с ограниченными съемами припуска за проход.
СТМ на основе поликристаллического алмаза (ПКА) или кубического нитрида бора (КНБ) чрезвычайно твердые, теплостойкие, но дорогостоящие. Незаменимы для точных работ по труднообрабатываемым материалам. ПКА используют для нарезания меди, алюминия, карбида вольфрама. КНБ работают по закаленным сталям, упрочненным чугунам. Успешное применение требует высокой жесткости и плавности хода оборудования.
Расшифровка написания резьб
Нормативные документы: ГОСТ, ОСТ, МН на конкретный тип содержат образцы условной записи.
Графические материалы оформляют, руководствуясь указаниями ГОСТ 2.311-68 «Изображение резьбы».
Типовая структура обозначения содержит:
- буквенную часть, определяющую тип;
- цифры, соответствующие номинальному размеру в миллиметрах или дюймах;
- шаг (мм) указывается только мелкий, после знака «×»;
- у многозаходных вместо предыдущего пункта приводят ход (мм), затем шаг в скобках;
- направление: правое – по умолчанию, левое – обозначают LH;
- поле допуска или класс точности;
- длину свинчивания, отличную от нормальной.
Пример 1: М16×1,5LH–6H. Расшифровка:
- М – метрическая цилиндрическая;
- 16 – номинальный диаметр, мм;
- 1,5 – мелкий шаг, мм;
- LH – левая;
- 6Н – поле допуска, где 6 – степень точности; H – основное отклонение. Прописные буквы применяются для внутренней (гаек), следовательно, резьба в отверстии.
Длина свинчивания не указана, значит – нормальная.
Пример 2: G1/2–A
- G – трубная цилиндрическая;
- 1/2 – размер резьбы, дюймов; соответствует внутреннему диаметру трубы;
- А – класс точности.
Варианты обозначений проиллюстрированы ниже.
Классификация резьб
Деление резьб по типу поверхности:
- конические;
- цилиндрические.
По направлению витка:
- левая;
- правая.
Без указания направленности, нарезается нить с левым направлением. Она считается стандартной. Инструмент применяется одинаковый. Изменяется на обратное вращение, и режущая кромка переворачивается на 180⁰ — суппорт подводится с противоположной стороны.
Профиль зуба в разрезе имеет разные формы. Используемые виды резьб, изготавливаемых на токарных станках:
- метрические;
- метрические-конические;
- трубные цилиндрические;
- трубные конические;
- дюймовые;
- трапецеидальные;
- упорные;
- круглые.
Для использования метчиков и плашек, деталь крепится в патроне. Резьбовой режущий инструмент поджимается центром задней бабки. При нарезке резцом, длинная деталь поджимается задней бабкой, короткая грибом. Инструмент устанавливается на суппорте и выставляется в оси детали.
Плашки и метчики для нарезки
Правила нарезки
Качество профиля зависит от множества факторов:
- Погрешности заготовки. Занижение или завышение диаметра стержня и отверстия соответственно причина неполной высоты витков. Разновысотность по длине – следствие конусности исходной поверхности.
- Рваная поверхность получается при затупившемся инструменте, высокой скорости, неверно выбранной смазке.
- Усадка гайки по среднему диаметру характерна при аналогичном износе метчика.
- Растяжка витков происходит от подтормаживания самовыдвижной оправки.
- Разбивка гайки по среднему диаметру возможна от большого переднего угла, способствующего отжиму перьев метчика.
Во избежание указанного необходимо:
- Грамотно выбрать оснастку и методику нарезания.
- Подготовить заготовку согласно технологической документации или указаний справочных таблиц.
- Правильно подобрать режимы резания и СОЖ.
- Настроить станок на обработку, при необходимости рассчитать и собрать гитару.
- Заточку, установку резца контролировать по шаблону.
- Проверить первые готовые детали, произвести поднастройку, периодически повторять контроль в дальнейшем.
- Следить за исправностью приспособлений, своевременно подтачивать инструменты. Контроль качества резьбы Обеспечение требуемых служебных характеристик соединения определяется соответствием действительных значений: наружного, внутреннего, среднего диаметров, половины угла профиля, шага. Проверки выполняются:
- Калибрами. Контролируют диаметры резьбы в серийном производстве.
- Шагомерами (резьбовыми шаблонами), микрометрами со сменными вставками. Первыми проверяют на просвет P и α/2, вторые комплектуются набором сменных вставок под разные номиналы, предназначены для замера среднего диаметра болтов. Применяются в мелкосерийных цехах, измерения не точные.
- Точное измерение среднего диаметра винта выполняют, используя три проволочки, микрометр или оптиметр. Погрешность последнего до 2 мкм.
- Особо ответственные детали проверяют с помощью инструментальных микроскопов, позволяющих надежно определять диаметры, шаг, углы.
Режущий инструмент – плашка
Плашка – режущий токарный инструмент, изготовленный в форме гайки. Просверленные в ней отверстия делают для отвода стружки. Инструмент состоит из режущих элементов, расположенных на каждой его стороне и образующих заборный конус. Плашкой на токарном станке формируется резьба на болтах, шпильках, винтах и других металлоизделиях.
Наиболее используемые виды плашек:
- метрические;
- левые;
- трубные.
Нарезание резьбы плашкой следует предварить обработкой нужного участка детали. При этом наружное сечение резьбы должны быть больше обработанного участка детали. Сложность нарезки резьбы плашкой — в отсутствие у нее специального захода, что мешает ровно прорезать начальные витки.
Облегчить задачу можно, сделав на торце небольшую фаску так, чтобы ее высота совпала с высотой профиля резьбы. Размер плашки должен совпадать с диаметром детали.
Затем плашку нужного размера фиксируют в плашкодержателе, закрепленный в задней бабке токарного станка. Скорость нарезки резьбы зависит от материала для заготовки: изделия из латуни обрабатываются около 15 м/мин., чугунные – 3 м/мин., стальные болванки — 4 м/мин.
При такой скорости обработки плашка меньше изнашивается. В процессе нарезки каждый оборот плашки нужно сменять ее поворотом назад на треть окружности, чтобы очистить отверстия от стружки.
